Zinātniskais skatījums: Beirūtas sprādziena iezīmes

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Traģiskās ziņas par milzīgu sprādzienu Beirūtā, kas aizņēma pirmās ziņu resursu rindas, rada dabiskus jautājumus: kā tas varēja notikt, kas tur eksplodēja, kādu faktoru dēļ šādi incidenti ir iespējami? Lai to noskaidrotu, sīkāk apskatīsim amonija nitrāta īpašības un ar to saistītos apdraudējumus.

Kas notika Beirūtā

Īsumā situācija izskatās šādi: pirms sešiem gadiem kuģis Rhosus iebrauca Beirūtas jūras ostā, lai veiktu neplānotu remontu. Tas piederēja Habarovskas dzimtā Igora Grečuškina uzņēmumam. Ostas pārvaldes kuģi neatbrīvoja drošības sistēmu un kravas dokumentu nepilnību dēļ. Pamazām komanda atstāja Rhosus, un tās krava, kas sastāvēja no 2750 tonnām amonija nitrāta, tika pārvesta uz noliktavu ostā, kur tā tika glabāta nākamos sešus gadus. Uzglabāšanas apstākļi izrādījās nepietiekami uzticami, tādēļ, lai ierobežotu piekļuvi šai kravai, noliktavā tika veikti metināšanas darbi, kuru drošības nepareizas organizācijas dēļ pēc tam aizdegās tajā pašā noliktavā glabātā pirotehnika.

Sākās ugunsgrēks, ko veicināja degšana un salūts. Pēc kāda laika uzglabātais amonija nitrāts detonēja. Šā sprādziena radītais triecienvilnis radīja lielu postošu ietekmi uz apkārtējiem Beirūtas rajoniem: šobrīd ir miruši vairāk nekā 130 cilvēku, un viņu skaits turpina pieaugt, jo, demontējot ēku un būvju gruvešus, tiek atklāts arvien vairāk līķu. Vairāk nekā pieci tūkstoši cilvēku tika ievainoti.

Fotogrāfijas no kosmosa, kas uzņemtas ar Kanopus-V satelītu. Augšējais fotoattēls ir datēts ar 2019. gada 4. novembri, un zemāk redzamais fotoattēls ir nākamajā dienā pēc sprādziena. / © Roskosmos.ru

Dažādā pakāpē tika bojāts milzīgs skaits māju, iznīcināšana skāra pusi no Beirūtas ēkām, aptuveni 300 tūkstoši iedzīvotāju palika bez pajumtes. Pēc Libānas galvaspilsētas gubernatora Marvana Eboda teiktā, sprādziena radītie zaudējumi tiek lēsti no trīs līdz pieciem miljardiem dolāru. Beirūtas ostas attēli no kosmosa, kas uzņemti pirms un pēc traģēdijas, parāda nepārtrauktas iznīcināšanas zonu ap visu ostas teritoriju. Libānā izsludinātas trīs dienu sēras.

Kas ir amonija nitrāts

Amonija nitrāts jeb amonija nitrāts ir slāpekļskābes amonija sāls, tā ķīmiskā formula ir NH₄NO₃ un sastāv no trim ķīmiskajiem elementiem – slāpekļa, ūdeņraža un skābekļa. Augstais slāpekļa saturs (apmēram trešdaļa no svara) augiem viegli asimilējamā formā ļauj plaši izmantot amonija nitrātu kā efektīvu slāpekļa mēslojumu lauksaimniecībā.

Tādējādi amonija nitrāts tiek izmantots gan tīrā veidā, gan kā daļa no citiem kompleksajiem mēslošanas līdzekļiem. Lielāko daļu pasaulē saražotā salpetra izmanto tieši šajā jomā. Fiziski amonija nitrāts ir balta kristāliska viela, rūpnieciskā veidā dažāda izmēra granulu veidā.

Tas ir higroskopisks, tas ir, tas labi absorbē mitrumu no atmosfēras; uzglabāšanas laikā ir tendence uz salipšanu, lielu blīvu masu veidošanos. Tāpēc tas tiek uzglabāts un transportēts nevis cietas beramās masas veidā, bet gan blīvos un izturīgos maisos, kas neļauj veidoties lielām, grūti irdināmām saraustām masām.

Spridzināšanas operācijas atklātajās raktuvēs, izmantojot amonija nitrātu kā daļu no rūpnieciskām sprāgstvielām / ©Flickr.com.

Amonija nitrāts ir spēcīgs oksidētājs. Trīs skābekļa atomi, kas veido tā molekulu, veido 60 procentus no masas. Citiem vārdiem sakot, amonija nitrāts ir vairāk nekā puse skābekļa, kas karsējot viegli izdalās no molekulas. Nitrātu termiskā sadalīšanās notiek divos galvenajos veidos: temperatūrā, kas zemāka par 200 grādiem, tas sadalās slāpekļa oksīdā un ūdenī, un aptuveni 350 grādu un augstākajā temperatūrā vienlaikus ar ūdeni veidojas brīvais slāpeklis un brīvais skābeklis. Tas iedala amonija nitrātu spēcīgu oksidētāju kategorijā un nosaka tā izmantošanu dažādu sprāgstvielu ražošanā, kam nepieciešams oksidētājs.

Amonija nitrāts - rūpniecisko sprāgstvielu sastāvdaļa

Amonija nitrāts ir iekļauts daudzos rūpniecisko sprāgstvielu veidos, un to plaši izmanto, galvenokārt kalnrūpniecībā. Cilvēks vēl nav izgudrojis neko efektīvāku par sprādzienu akmeņu iznīcināšanai. Tāpēc gandrīz jebkura darba ar tiem pamatā ir sprādziens: no ieguves raktuvēs līdz atklātiem izcirtņiem un karjeru izstrādei.

Ieguves rūpniecība patērē milzīgu daudzumu sprāgstvielu, un katram kalnrūpniecības uzņēmumam vai ogļraktuvēm vienmēr ir sava sprāgstvielu ražošanas rūpnīca, kas tiek patērēta lielos daudzumos. Amonija nitrāta relatīvais lētums ļauj to izmantot dažādu rūpniecisko sprāgstvielu masveida ražošanai.

Un šeit mēs varam atzīmēt apbrīnojamo plašumu sprādzienbīstamu sistēmu veidošanās ar amonija nitrātu. Sajaucot nitrātus burtiski ar jebkuru degošu vielu, jūs varat iegūt sprādzienbīstamu sistēmu. Nitrātu maisījumi ar parasto alumīnija pulveri veido amonālus, kurus tāpēc sauc par AMONIJA nitrātu - ALUMĪNIJU. 80% no amonāla masas ir amonija nitrāts. Amonāļi ir ļoti efektīvi, tie labi apstrādā akmeņus, noteiktas šķirnes sauc par akmeņu amonāliem.

Masīvs sprādziens kalnrūpniecības darbu laikā / © Flickr.com.

Ja jūs impregnējat nitrātu ar dīzeļdegvielu, jūs iegūstat citu rūpniecisko sprāgstvielu klasi - igdanītus, kas nosaukti Kalnrūpniecības institūta, PSRS Zinātņu akadēmijas Kalnrūpniecības institūta vārdā. Saltpēters spēj veidot sprādzienbīstamus maisījumus, ja tas ir piesūcināts ar praktiski jebkuru uzliesmojošu šķidrumu, sākot no augu eļļas līdz mazutam. Citas sprāgstvielu klases uz nitrātu bāzes izmanto dažādu sprāgstvielu piedevas: piemēram, amonīti (tie nav tikai fosilie galvkāji) satur TNT vai RDX. Arī amonija nitrāts tīrā veidā ir sprādzienbīstams un var detonēt. Bet tā detonācija atšķiras no rūpniecisko vai militāro sprāgstvielu detonācijas. Kas tieši? Īsi atcerēsimies, kas ir detonācija un kā tā atšķiras no parastās sadegšanas.

Kas ir detonācija

Lai degošās vielās sāktos degšanas reakcijas, degvielas un oksidētāja atomi ir jāatbrīvo un jāsatuvina, līdz starp tiem veidojas ķīmiskās saites. Atbrīvot tos no molekulām, kurās tie atrodas, nozīmē iznīcināt šīs molekulas: tādējādi molekulas tiek uzkarsētas līdz to sadalīšanās temperatūrai. Un tā pati karsēšana saved kopā degvielas un oksidētāja atomus, lai starp tiem veidojas ķīmiskā saite - ķīmiskā reakcijā.

Parastā sadegšanā, ko sauc par deflagrāciju, reaģentus silda ar parasto siltuma pārnesi no liesmas priekšpuses. Liesma uzsilda degošās vielas slāņus, un šīs karsēšanas ietekmē vielas sadalās pirms ķīmisko sadegšanas reakciju sākuma. Detonācijas mehānisms ir atšķirīgs. Tajā viela tiek uzkarsēta pirms ķīmisko reakciju sākuma augstas pakāpes mehāniskās saspiešanas dēļ - kā zināms, spēcīgas saspiešanas rezultātā viela uzsilst.

Šāda saspiešana rada triecienvilni, kas iet caur sprāgstvielas detonējošo gabalu (vai vienkārši tilpumu, ja detonē šķidrums, gāzu maisījums vai daudzfāzu sistēma: piemēram, ogļu suspensija gaisā). Trieciena vilnis saspiež un uzkarsē vielu, izraisa tajā ķīmiskas reakcijas ar liela siltuma daudzuma izdalīšanos un pats tiek barots ar šo tieši tajā izdalīto reakcijas enerģiju.

Un šeit ļoti svarīgs ir detonācijas ātrums - tas ir, trieciena viļņa ātrums, kas iet caur vielu. Jo lielāks tas ir, jo spēcīgāks ir sprāgstviela, sprādzienbīstama darbība. Rūpnieciskajām un militārajām sprāgstvielām detonācijas ātrums ir vairāki kilometri sekundē - no aptuveni 5 km/s amonāliem un amonītiem un 6-7 km/s TNT līdz 8 km/sek RDX un 9 km/sek HMX. Jo ātrāka detonācija, jo lielāks enerģijas blīvums triecienvilnī, jo spēcīgāka ir tā postošā iedarbība, kad tas atstāj sprāgstvielas gabala robežas.

Ja triecienvilnis pārsniedz skaņas ātrumu materiālā, tas sasmalcina to gabalos - to sauc par spridzināšanu. Tieši tā salauž granātas, šāviņa un bumbas korpusu lauskas, sasmalcina akmeņus ap sprāgstvielām piepildītu urbumu vai urbumu.

Ar attālumu no sprāgstvielas gabala samazinās trieciena viļņa jauda un ātrums, un no noteikta neliela attāluma tas vairs nevar sasmalcināt apkārtējo vielu, bet var iedarboties uz to ar savu spiedienu, grūst, burzīt, izkliedēt, mest, mest. Šāda presēšana, saspiešana un mešana tiek saukta par sprādzienbīstamu.

Nitrātu detonācijas pazīmes

Kā minēts iepriekš, var detonēt arī rūpnieciskais amonija nitrāts bez piedevām, kas veido sprāgstvielas. Tā detonācijas ātrums, atšķirībā no rūpnieciskajām sprāgstvielām, ir salīdzinoši zems: apmēram 1,5-2,5 km / sek. Detonācijas ātruma izplatība ir atkarīga no daudziem faktoriem: kādās granulās ir salpetra, cik cieši tās ir saspiestas, kāds ir pašreizējais salpetes mitruma saturs un daudziem citiem.

Tāpēc salpetra neveido spridzināšanas darbību – nesasmalcina apkārtējos materiālus. Bet nitrātu detonācijas sprādzienbīstamā ietekme rada diezgan taustāmu. Un konkrētas detonācijas spēks ir atkarīgs no tā daudzuma. Ar lielām sprādzienbīstamām masām sprādziena spēcīgais sprādzienbīstamais efekts var sasniegt jebkura līmeņa destruktivitāti.

Beirūtas sprādziena sekas / © "Lenta.ru"

Runājot par detonāciju, mēs atzīmējam vēl vienu svarīgu punktu - kā tā sākas. Patiešām, lai saspiešanas triecienvilnis izietu cauri sprāgstvielai, tas ir kaut kā jāpalaiž, ar kaut ko jāizveido. Vienkārša sprāgstvielas gabala aizdedzināšana nenodrošina mehānisko saspiešanu, kas nepieciešama detonācijas ierosināšanai.

Tātad uz maziem trotila gabaliņiem, kas aizdedzināti ar sērkociņu, ir pilnīgi iespējams uzvārīt tēju krūzē - tie deg ar raksturīgu šņākšanu, dažreiz dūmi, bet deg klusi un bez sprādziena. (Apraksts nav ieteikums tējas pagatavošanai! Joprojām ir bīstami, ja gabali ir lieli vai piesārņoti.) Lai izraisītu detonāciju, nepieciešams detonators - maza ierīce ar īpašu sprāgstvielu lādiņu, kas ievietota sprāgstvielu galvenajā korpusā. Galvenajā lādiņā cieši ievietota detonatora sprādziens palaiž triecienvilni un tajā detonāciju.

Kas varēja izraisīt detonāciju

Vai detonācija var notikt spontāni? Varbūt: parasta degšana var pārvērsties par detonāciju, kad tā tiek paātrināta, palielinoties šīs sadegšanas intensitātei. Ja aizdedzinat skābekļa maisījumu ar ūdeņradi – sprādzienbīstamu gāzi, tas sāks degt klusi, bet, liesmas frontei paātrinoties, degšana pāries detonācijā.

Daudzfāzu gāzes sistēmu, piemēram, visu veidu suspensiju un aerosolu sadegšana, ko izmanto munīcijā tilpuma sprādzienam, ātri pārvēršas detonācijā. Propelenta sadegšana var pārvērsties arī par detonāciju, ja spiediens dzinējā sāk strauji pieaugt, neatbilstoši konstrukcijai. Spiediena palielināšanās, sadegšanas paātrinājums - tie ir priekšnoteikumi pārejai no parastās sadegšanas uz detonāciju.

Tāpat par degšanas katalizatoriem var būt dažādas piedevas, piesārņotāji, piemaisījumi – precīzāk tie vai to sastāvdaļas, kas veicinās lokālu pāreju uz detonāciju. Oksidēta, sarūsējusi munīcija, visticamāk, uzsprāgs, ja sprāgstviela atrodas blakus korpusa oksidētajai daļai. Detonācijas ierosināšanā ir daudzas nianses un punkti, kurus mēs izlaidīsim, tāpēc atgriezīsimies pie jautājuma: kā salpēters varēja uzspridzināt noliktavā?

Un šeit ir acīmredzams, ka pirotehnika lieliski varētu pildīt detonatora lomu. Nē, tikai svilpoša pulvera rakete ar savu dūmu spēku ar dzirkstelēm diez vai izraisīja salpetras detonāciju. Taču video iemūžināti daudzi masīvi uzliesmojumi, kas dzirkstīja ugunsgrēka dūmos pirms salpetras sprādziena. Tie ir nelieli uguņošanas pirotehnikas komponentu izkliedes sprādzieni. Tie kalpoja kā acīmredzams detonējošs sākums. Nē, tie nebija rūpnieciskie detonatori.

Bet ugunsgrēka, lielu salpetra virsmu karsēšanas ar liesmu apstākļos un tūkstošiem pirotehnisko operāciju masivitātes apstākļos šīs pirotehniskās raķetes, iespējams, tika ielaistas sakarsētā salpetra virsmā ar tālākiem sprādzieniem karstā salpetrā. Kādā brīdī tā detonācija šāda trieciena ietekmē notika un izplatījās uz visu uzglabāto salpetra masīvu.

Ir grūti detalizēti analizēt turpmākos notikumus bez detalizētas informācijas un sprādziena vietas izpētes. Nav zināms, cik pilnībā tika uzspridzinātas visas 2750 tonnas. Detonācija nav kaut kāds absolūts sākums, kas vienmēr notiek tā, kā tas ir rakstīts uz papīra. Gadās, ka kopā saliktās trotila briketes detonē ne visas: dažas no tām vienkārši izkliedējas uz sāniem, ja netiek veikti droši pasākumi, lai detonāciju pārnestu starp tām.

Pēc masīviem akmeņu sprādzieniem, kad tiek uzspridzināti simtiem un tūkstošiem ar sprāgstvielām pildītas akas (tās var aprīkot ar sprāgstvielām veselu mēnesi), pēc putekļu mākoņa nosēšanās sprādziena zonā vispirms vienmēr nonāk tikai speciālisti un apskata, kas eksplodējis. un kas nesprāga. Viņi arī savāc nesprāgušas sprāgstvielas. Tā tas ir ar salpetru kādā noliktavā Beirūtas ostā: visas nitrātu masas sprādziena detonācijas pilnīgumu ir grūti noteikt, taču ir skaidrs, ka tas bija diezgan liels.

Beirūtas sprādziena iezīmes

Pats sprādziena attēls labi atbilst nitrātu detonācijai. Liela sarkanbrūnu dūmu kolonna pēc sprādziena ir tipiska mākoņa krāsa ar sarkaniem slāpekļa oksīdiem, kas sprādzienā sadaloties nitrātam izdalās lielos daudzumos. Tā kā nitrātam ir mazs detonācijas ātrums, masīva saspiešanas darbība nenotika.

Līdz ar to sprādziena vietā neizveidojās liels krāteris: molu materiāli un noliktavu betona grunts segums nebija detalizēti, tāpēc netika izmesti. Sakarā ar to nenotika pilsētas bombardēšana ar gabaliem, kas lidoja no sprādziena zonas, un sprādziena radītais lidojošo gabalu un fragmentu augstais sultāns nepacēlās virs sprādziena vietas.

Dūmu kolonna, kas iekrāsota ar slāpekļa oksīdu emisijām amonija nitrāta sadalīšanās laikā / © dnpr.com.ua.

Tajā pašā laikā bagātīgā gāzveida sadegšanas produktu - ūdens tvaiku, slāpekļa oksīdu - izdalīšanās sprādzienam piešķīra tilpuma sprādziena iezīmes. Papildus ātri pārejošam triecienvilnim, kas ir pietiekami spēcīgs un redzams kā ātri miglaina siena, filmā redzama tuvojoša izplešas sprādzienbīstamu gāzu siena, kas sajaukta ar putekļiem un strauji tuvojas no zemes virsmas. Tas ir raksturīgi liela apjoma sprādzieniem ar zemu detonācijas ātrumu.

Ēku bojājumu raksturs ar lielu varbūtību parādīs, ka tās skārusi ne tikai pats triecienvilnis - spēcīgs, bet īslaicīgs -, bet arī ilgāka eksplozijas izplešanās gāzes-gaisa straumes iedarbība, kas izkaisīta no sprādziena zonas.

Nitrātu sprādzieni Beirūtā

Slāpekļskābes sāļu mēslošanas līdzekļu sprādzieni ir notikuši jau iepriekš, tie ir labi zināmi, tādu gadījumu vēsturē ir bijis daudz. Tā 2001. gada 1. septembrī Tulūzā, uzņēmuma Grande Paroisse mēslojuma rūpnīcā, eksplodēja angārs, kurā tika uzspridzinātas 300 tonnas amonija nitrāta. Aptuveni 30 cilvēki gāja bojā, tūkstošiem tika ievainoti. Daudzas ēkas Tulūzā tika bojātas.

Iepriekš, 1947. gada 16. aprīlī, ASV Teksasas pilsētas ostā uz kuģa "Grancan" notika 2100 tonnu amonija nitrāta sprādziens. Pirms tam notika ugunsgrēks uz kuģa – līdzīga situācija un notikumu secība. Sprādziens izraisīja ugunsgrēkus un sprādzienus uz kuģiem un naftas krātuvēs tuvumā. Aptuveni 600 cilvēku gāja bojā, simtiem pazuda bez vēsts, vairāk nekā pieci tūkstoši tika ievainoti.

1921. gada 21. septembrī BASF ķīmiskajā rūpnīcā netālu no Oppau pilsētas Bavārijā eksplodēja 12 tūkstoši tonnu amonija sulfāta un amonija nitrāta maisījuma. Šādas jaudas sprādziens izveidoja milzīgu krāteri, divi tuvākie ciemati tika noslaucīti no zemes virsmas, un Oppau pilsēta tika iznīcināta.

Katastrofāli amonija nitrāta sprādzieni ar lielu postījumu un daudziem upuriem notika 2004. gadā Ziemeļkorejas pilsētā Ryongcheon; 2013. gadā Rietumu pilsētā Teksasā, ASV; 2015. gadā ostas pilsētā Tjandzjinā Ķīnā. Un saraksts turpinās.

Diemžēl amonija nitrāts ar visām milzīgajām priekšrocībām, ko tas sniedz cilvēkam, joprojām ir bīstams objekts, ar kuru pārkraušanā ir jāievēro vairākas drošības prasības. Un neuzmanība vai nolaidība var izraisīt jaunas traģēdijas, kuru novēršanai gan jāpastiprina nitrātu aprites noteikumi, gan jāpalielina atbildība par to ievērošanu un ieviešanu.